초록 ▼

□ 연구개요
기후변화와 화석연료의 고갈로 인하여 친환경 대체에너지 활용에 대한 연구 개발은 지속적으로 관심 받고 있다. 연료전지를 포함하여 물의 전기화학반응, 금속공기전지, 이산화탄소 등을 연료로 변환시키는 환경 친화적인 에너지변환 연구는 상당히 진보된 성과를 이룩하고 있다. 반면에 일부 기술적 난제들은 지금까지 해결되지 못하고 있어 이에 대한 기초과학적 연구접근이 요구되고 있다. 본 제안서는 이러한 에너지변환 기술의 핵심이라 할 수 있는 수소-산소 연료전지의 환원극(cathode)에서 일어나는 산소환원반응(ORR; oxyge

□ 연구개요
기후변화와 화석연료의 고갈로 인하여 친환경 대체에너지 활용에 대한 연구 개발은 지속적으로 관심 받고 있다. 연료전지를 포함하여 물의 전기화학반응, 금속공기전지, 이산화탄소 등을 연료로 변환시키는 환경 친화적인 에너지변환 연구는 상당히 진보된 성과를 이룩하고 있다. 반면에 일부 기술적 난제들은 지금까지 해결되지 못하고 있어 이에 대한 기초과학적 연구접근이 요구되고 있다. 본 제안서는 이러한 에너지변환 기술의 핵심이라 할 수 있는 수소-산소 연료전지의 환원극(cathode)에서 일어나는 산소환원반응(ORR; oxygen reduction reaction)과 수소와 산소기체를 발생(OER; oxygen evolution reaction)하는 전기분해전지의 산화극(anode)에 대한 촉매개발 연구를 수행하는 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
촉매개발 연구는 연차별로 목표를 제시하고 과제를 수행함. 세부내용은 연구결과에 제시하였고, 핵심 내용을 요약하면 아래와 같음.
(1차년도) 탄소나노입자의 합성법을 전기화학적인 방식으로 제시하고 그 특성을 분석하였음. 나노카본(CNT, graphene, carbon dot 등)과 금속 혹은 금속산화물과의 혼성유도를 수행함
(2차년도) 탄소나노입자의 크기조절을 유도하고자 다양한 형태의 전구체 물질을 사용하였음. 합성방법의 복잡성을 탈피하고, 헤테로원자가 도입된 구조체 개발을 성공함. 형태적 특성에 기반을 둔 금속 혹은 금속산화물로부터 ORR 혹은 OER 촉매활성에 대한 연구를 수행함.
(3차년도) 탄소나노입자의 활용 또는 포함하는 하이브리드 물질의 제시를 통해 새로운 기술적 진보를 이룩함. 하이브리드 탄소 구조체로부터 촉매활성에 대한 연구를 수행하고 뛰어난 전기화학적 특성을 확인함. 단일 공정을 통한 헤테로원자 도핑 탄소나노입자 합성하고 촉매활성 연구를 수행함. 전극촉매 소재의 이원기능(bifunctional) 연구를 통하여 활용 가능성의 확대에 대한 연구를 수행함.

□ 연구개발결과의 중요성
-연료전지 시스템은 에너지 변환효율이 높고 이산화탄소 저감을 유추하는 친환경적인 것이므로 현재 우리 지구가 직면하고 있는 에너지고갈, 환경오염 및 기상이변과 관련된 문제를 완화할 수 있는 대안 중의 하나로 기대효과가 높다고 평가되며, 핵심기술인 전극촉매 소재의 개발을 통해 기술 수준의 한 단계 진보가 이루어짐
-연료전지 산소극의 환원반응과 함께 산소발생 속도가 매우 느리므로 전극촉매 개발로 인해 높은 활성 및 내구성을 보이는 촉매의 대체가 가능하고 경제적인 측면에서도 강점을 지니므로 향후 실용적 접근이 보다 용이할 것으로 예상됨
-친환경, 고효율 연료의 대표 주자로써 수소는 머지않은 미래에 화석연료를 충분히 대체할 수 있을 것으로 판단되며, 현재 대부분의 수소 생산이 화석연료인 석유를 개질해서 이루어지고 있는 관계로 전기화학적 물 분해인 OER 촉진을 통해서 효과적인 수소생산속도의 개선을 이룰 수 있었음
-성공적인 과제 도출로 에너지 분야의 기초지식을 증대하고, 전기화학분야와 나노소재와 연관된 다학제간의 연구가 가능하였음. 융합적사고가 배양된 인재의 배출이 가능하였음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구개발의 필요성 ... 4
• 1.2. 가설 및 최종목표 ... 11
• 1.3. 연구범위 ... 13
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 14
• 2.1. 연구성과 요약 ... 14
• 1.2. 연구수행내용 및 연구결과(1차년도) ... 14
• 1.3. 연구수행내용 및 연구결과(2차년도) ... 16
• 1.4. 연구수행내용 및 연구결과(3차년도~종료시점) ... 18
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 22
• 4. 참고문헌 ... 23
• 5. 연구성과 ... 24
• 끝페이지 ... 36